光刻胶知识

感谢所有的原文作者，这里我只是略作整理，希望能对新手有所帮助。光刻工艺光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。 主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上， 为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。 光刻的成本约为整个硅片制造工艺的 1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的 40～ 60。光刻机是生产线上最贵的机台， 5～ 15 百万美元 / 台。主要是贵在成像系统（由15～ 20 个直 径为 200～ 300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于 10nm） 。其折旧速度非常快， 大约 3～9 万人民币 / 天， 所以也称之为印钞机。 光刻部分的主 要机台包括两部分轨道机（ Tracker） ，用于涂胶显影；扫描曝光机（ Scanning 光刻工艺的要求 光刻工具具有高的分辨率； 光刻胶具有高的光学敏感性； 准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。光刻工艺过程一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、 涂底、 旋涂光刻胶、 软烘、 对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。1、硅片清洗烘干（ Cleaning and Pre-Baking）方法 湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙 （热板 150～ 2500C,1～2 分钟， 氮气保护）目的 a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子） ； b、除去水蒸气， 是基底表面由亲水性变为憎水性， 增强表面的黏附性 （对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷） 。 “ w8 e3 s2 y“ W1 B9 ]2、涂底（ Priming方法 a、气相成底膜的热板涂底。 HMDS 蒸气淀积， 200～ 2500C,30 秒钟；优点涂底均匀、 避免颗粒污染； b、 旋转涂底。 缺点 颗粒污染、 涂底不均匀、 HMDS用量大。目的使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。3、旋转涂胶（ Spin-on PR Coating） 3 8 c7 d* X4 m K* M2 U方法 a、静态涂胶（ Static ） 。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占 65～ 85,旋涂后约占 10～ 20） ； 5 p1 U2 _ A [, \ K/ { ], V s7 k, E在曝光过程中， 需要对不同的参数和可能缺陷进行跟踪和控制， 会用到检测控制芯片 / 控片 （ Monitor Chip） 。根据不同的检测控制对象，可以分为以下几种 a、颗粒控片（ Particle MC） 用于芯片上微小颗粒的监控，使用前其颗粒数应小于10 颗； b、卡盘颗粒控片（ Chuck Particle MC） 测试光刻机上的卡盘平坦度的专用芯片，其平坦度要求非常高； c、焦距控片（ Focus MC） 作为光刻机监控焦距监控； d、关键尺寸控片（ Critical Dimension MC） 用于光刻区关键尺寸稳定性的监控； e、光刻胶厚度控片（ PhotoResist Thickness MC） 光刻胶厚度测量； f 、光刻缺陷控片（ PDM， Photo Defect Monitor ） 光刻胶缺陷监控。 h“ l- g举例 0.18μm 的 CMOS扫描步进光刻工艺。 0 Y- [1 n5 T V c n光源 KrF 氟化氪 DUV光源 （ 248nm） ； 数值孔径 NA 0.6～ 0.7； 焦深 DOF 0.7μm分辨率 Resolution 0.18～ 0.25μ m（一般采用了偏轴照明 OAI_Off- AxisIllumination 和相 移掩 膜板技 术 PSM_PhaseShift Mask 增强 ） ；套 刻精 度Overlay 65nm；产能 Throughput 30～ 60wafers/hour （ 200mm） ；视场尺寸 Field Size 25 32mm；6、后烘（ PEB， Post Exposure Baking） 4 L U, ]8 q Z6 r K方法热板， 110～ 1300C,1 分钟。目的 a、减少驻波效应； b、激发化学增强光刻胶的 PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团发生反应并移除基团使之能溶解于显影液。 , t“ X/ L5 s3 i N4 K; c7、显影（ Development） |, [8 b c/ a; O方法 a、整盒硅片浸没式显影（ Batch Development） 。缺点显影液消耗很大；显影的均匀性差； b、连续喷雾显影（ Continuous Spray Development） / 自动旋转显影（ Auto-rotation Development） 。一个或多个喷嘴喷洒显影液在硅片表面，同时硅片低速旋转 （ 100～ 500rpm） 。 喷嘴喷雾模式和硅片旋转速度是实现硅片间溶 解率和均匀性的可重复性的关键调节参数。 c、 水坑 （旋覆浸没） 式显影 （ PuddleDevelopment） 。喷覆足够（不能太多，最小化背面湿度）的显影液到硅片表面，并形成水坑形状 （显影液的流动保持较低， 以减少边缘显影速率的变 化） 。 硅片固定或慢慢旋转。一般采用多次旋覆显影液第一次涂覆、保持 10～ 30 秒、去除；第二次涂覆、保持、去除。然后用去离子水冲洗（去除硅片两面的 所有化学品）并旋转甩干。优点显影液用量少；硅片显影均匀；最小化了温度梯度。 b0 c7 b- K j B w显影液 a、正性光刻胶的显影液。正胶的显影液位碱性水溶液。 KOH 和 NaOH因为会带来可 动离子污染（ MIC， Movable Ion Contamination） ，所以在 IC 制造中一般不用。最普通的正胶显影液是四甲基氢氧化铵（ TMAH） （标准当量浓度为0.26，温度 15～ 250C） 。在 I 线光刻胶曝光中会生成羧酸， TMAH 显影液中的碱与酸中和使曝光的光刻胶溶解于显影液， 而未曝光的光刻胶没有影响； 在化学放大光刻 胶（ CAR， Chemical Amplified Resist ）中包含的酚醛树脂以 PHS形式存在。 CAR中的 PAG产生的酸会去除 PHS中的保护基团（ t-BOC） ，从而使 PHS快速溶解于 TMAH显 影液中。整个显影过程中， TMAH 没有同 PHS发生反应。 b、 负性光刻胶的显影液。二甲苯。清洗液为乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。 2 [ R, G, N7 Uv L6 C Z显影中的常见问题 a、显影不完全（ Incomplete Development） 。表面还残留有光刻胶。显影液不足造成； b、显影不够（ Under Development） 。显影的侧壁不垂直，由显影时间不足造成； c、过度显影（ Over Development） 。靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解，形成台阶。显影时间太长。8、硬烘（ Hard Baking） i f3 f/ v8 {5 B7 9 x b. o方法热板， 100～ 1300C（略高于玻璃化温度 Tg） ， 1～2 分钟。目的 a、完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂（以免在污染后续的离子注入环境，例如 DNQ酚醛树脂 光刻胶中的氮会引起光刻胶局部爆裂） ； b、坚膜，以提高光刻胶在离子注入或刻蚀中保护下表面的能力； c、进一步增强光刻胶与硅片表面之间的黏附性； d、进 一步减少驻波效应（ Standing WaveEffect ） 。常见问题 a、烘烤不足（ Underbake） 。减弱光刻胶的强度（抗刻蚀能力和离子注入中 的阻挡能力） ；降低针孔填充能力（ Gapfill Capability for the needlehole） ；降低与基底的黏附能力。 b、烘烤过度（ Overbake） 。引起光刻胶的流动，使图形精度降低，分辨率变差。另外还可以用深紫外线（ DUV， Deep Ultra-Violet ）坚膜。使正性光刻胶树脂发生交联形成一层薄的表面硬壳， 增加光刻胶的热稳定性。 在后面的等离子刻蚀和离子注入（ 125～ 2000C）工艺中减少因光刻胶高温流动而引起分辨率的降低。光学基础光的反射（ reflection ） 。光射到任何表面的时候都会发生反射，并且符合反射定律 入射角等于反射角。在曝光的时候，光刻胶往往会在硅片表面或者金属层发生反射， 使不希望被曝光的光刻胶被曝光， 从而造成图形复制的偏差。 常常需要用抗反射 涂层（ ARC， Anti-Reflective Coating）来改善因反射造成的缺陷。 d7 q w E8 Q C2 s8 a H/ ] _7 ]6 E3 o“ W数值孔径（ NA, Numerical Aperture ） 。透镜收集衍射光（聚光）的能力。NAn*sinθ n*（透镜半径 / 透镜焦长） 。一般来说 NA大小为 0.50.85。提高数值孔径的方法 1、提高介质折射率 n，采用水代替空气； 2、增大透镜的半径；分 辨 率 （ Resolution ）。 区 分 临 近 最 小 尺 寸 图 形 的 能 力 。Rkλ /NA0.66/n*sin θ 。提高分辨率的方法 1、减小光源的波长； 2、 采用高分辨率的光刻胶； 3、增大透镜半径； 4、采用高折射率的介质，即采用浸入式光刻技术； 5、优化光学棱 镜系统以提高 k（ 0.40.7）值（k 是标志工艺水平的参数） 。 W t5 7 q1 n; K/ R* [焦深（ DOF， Depth of Focus） 。表示焦点周围的范围，在该范围内图像连续地保持清晰。 焦深是焦点上面和下面的范围， 焦深应该穿越整个光刻胶层的上下表面，这样才能够保证光 刻胶完全曝光。 DOFkλ /NA2。增大焦深的方法 1、增大光源的波长； 2、采用小的数值孔径； 3、利用 CMP进行表面平坦化。由于前两种方法会 降低分辨率，而分辨率是芯片制造所努力提升的重要参数，因此我们需要在看上去相互矛盾的两个方面做出某种平衡。 一般在保证基本的焦深要求下不降低分辨率， 即以分辨率为主。所以，现在一般采用 CMP平坦化技术保证足够的焦深。 - V, d* } ]* t8 g m8 n掩膜板 / 光罩掩膜板 / 光罩（ Photo Mask/Reticle ）硅片上的电路元件图形都来自于版图，因此掩膜板的质量在光刻工艺中的扮演着非常重要的角色。1、掩膜板的分类 e f“ 7 \ R光掩膜板（ Photo Mask）包含了整个硅片的芯片图形特征，进行 11 图形复制。这种掩膜板用于比较老的接近式光刻和扫描对准投影机中。投影掩膜板（ Reticle ）只包含硅片上的一部分图形（例如四个芯片） ，一般为缩小比例 （一般为 4 1） 。需要步进重复来完成整个硅片的图形复制。一般掩膜板为 6X6inch（ 152mm）大小，厚度约为 0.09” 0.25” （ 2.28mm6.35mm） 。投影掩膜板的优点 1、投影掩膜板的特征尺寸较大（ 4） ，掩膜板制造更加容易；2、掩膜板上的缺陷会缩小转移到硅片 上，对图形复制的危害减小； 3、使曝光的均匀度提高。 0 k9 r0 H I9 x2、掩膜板的制造 D D3 I3 r5 m5 c w b掩膜板的基材一般为熔融石英 （ quartz ） ， 这种材料对深紫外光 （ DUV， KrF-248nm，ArF-193nm）具有高的光学透射，而且具有非常低的温度膨胀和低的内部缺陷。掩膜板的掩蔽层一般为铬（ Cr， Chromium） 。在基材上面溅射一层铬，铬层的厚度 一 般 为 8001000 埃 ， 在 铬 层 上 面 需 要 涂 布 一 层 抗 反 射 涂 层 （ ARC，Anti-Reflective Coating） 。 E2 G w1 _9 _ k x H制作过程 a、在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶； b、利用电子束（或 激光）直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上。电子源产生许多电子， 这些电子被加速并聚焦 （通过磁方式或者电方式被聚焦） 成形投影到电子束光刻胶上，扫描 形成所需要的图形； c、曝光、显影； d、湿法或者干法刻蚀（先进的掩膜板生产一般采用干法刻蚀）去掉铬薄层； e、去除电子束光刻胶； d、粘保护膜 （ Mount Pellicle ） 。保护掩膜板杜绝灰尘（ Dust）和微小颗粒 （ Particle ） 污染。 保护膜被紧绷在一个密封框架上， 在掩膜板上方约 510mm。保护膜对曝光光能是透明的，厚度约为 0.712μ m（乙酸硝基氯苯为 0.7μ m； 聚酯碳氟化物为 12μ m） 。3、掩膜板的损伤和污染掩膜板是光刻复制图形的基准和蓝本， 掩膜板上的任何缺陷都会对最终图形精度产生严重的影响。所以掩膜板必须保持“完美”。使用掩膜板存在许多损伤来源掩膜板掉铬；表面擦伤，需要轻拿轻放；静电放电（ ESD） ，在 掩膜板夹子上需要连一根导线到金属桌面，将产生的静电导出。另外，不能用手触摸掩膜板；灰尘颗粒，在掩膜板盒打开的情况下，不准进出掩膜板室（ Mask Room） ，在存取掩膜板时室内最多保持 2 人。 , O O6 q, { 因为掩膜板在整个制造工艺中的地位非常重要。 在生产线上， 都会有掩膜板管理系统（ RTMS， Reticle ManagementSystem）来跟踪掩膜板的历史（ History ） 、现状（ Status ） 、 位置（ Location ） 等相关信息 ，以便于掩膜板的管理。 V F9 U Z光刻胶 - 1 S P; b, E \ l, wb、 根据光刻胶能形成图形的最小光刻尺寸来分 传统光刻胶和化学放大光刻胶。传统光刻胶。适用于 I 线（ 365nm） 、H 线（ 405nm）和 G线（ 436nm） ，关键尺寸在 0.35μm 及其以上。化学放大光刻胶（ CAR， Chemical Amplified Resist ） 。适用于深紫外线（ DUV）波长的光刻胶。 KrF（ 248nm）和 ArF（ 193nm） 。 8 u p0 V* \; d5 a1 i常见光源有 汞灯和准分子激光。 另外， 在先进或某些特殊场合也会用到其他曝光手段，如 X 射线、电子束和粒子束等。 S3 T2 wb、顶部抗反射涂层（ TARC， Top Anti-Reflective Coating） 。不会吸收光，而是通过光线之间相位相消来消除反射。为一层透明的薄膜。 7 u0 Y; K“ d2 , T a下一代光刻技术 9 j“ J1 p. ] P* [1、浸入式光刻技术（ Immersion Lithography ） , r Q D7 p E g由公式 Rk*λ /NA kλ /n*sin α ，空气的折射率为 1，水的折射率为 1.47（相对于 193nm的深紫外光而言） ；所以，用水来代替空气，可以提高光刻系统的数值 孔径（ NA， Numerical Aperture ） ，最终可以提升分辨率。在 ITRS2003版本中，增加了浸入式光刻，作为 45nm节点的解决方案。近年，浸入式光刻发展非常迅猛， 并 获得了产业界持续发展的信心。 在 ITRS2005版本中， 已将浸入式光刻列为 32nm甚至 22nm节点的可能解决方案挑战气泡问题（ Water Bubble） ；温度不均匀（ Temperature Effect ） 。下一步发展中的挑战在于研发高折射率的抗蚀剂、 高折射率的液体和高折射率的光学材料。2、深紫外光刻（ DUV， Deep Ultra-Violet Lithography ） - h4 I/ j3 N, q 2 c通过缩小光源的波长来改善分辨率。 F2的准分子激光光源 157nm。 有望成为 50～70nm的解决方案。需要同浸入式结合才有可能存在，而且可能性比较小的选择。挑战易被氧气吸收，需要真空环境；光强比较弱，易被透镜吸收，折射透镜系统设计非常复杂；高灵敏度的光刻胶。 0 z Y Z m3 ]0 x i g3、极紫外光刻（ EUV， Extreme Ultra-Violet Lithography ）又称作软 X 射线（ Soft X-ray） 。极紫外光的波长为 11～ 14nm，可以大幅提升分辨率。由于极紫外光非常容易被吸收，所以光学系统（透镜等）和掩膜板都要采用反射式传递图 形信息。光刻胶为 PMMA。在 ITRS2005版本中，已将 EUV光刻列为 32nm、 22nm甚至 16nm节点的可能解决方案。 S. l2 B7 T L; m7 p挑战极紫外光容易被吸收，必须真空环境；掩膜板很特殊，制作困难；设备的成本很高。 8 v1 C3 s [* p9 b8 M P4、电子束直写光刻（ EBL， Electron BeamDirect-Write Lithography ）电子束的能量越高，波长越短。一般为 0.1nm。利用尺寸非常小的电子束在光刻胶上直写，不需要掩膜板。可以用电磁场聚焦，易于控制。现在用于掩膜板的制作。光刻胶为 PMMA。可以作为 10nm的潜在解决方案。挑战因为会发生电子散射而产生临近效应；常能低，大概 1 片 / 小时。5、电子束投影光刻（ EPL， Electron Projection Lithography ） Q6 l 4 q8 D0 a 1 F M n H0 z挑战粒子束的产生没有电子束容易；产能很低。 Z/ 1 Y / v7 t8、紫外纳米压印光刻（ UVNIL， Ultra-Violet Nanoimprint Lithography ）紫外纳米压印技术是一种高产能、 低成本、 高分辨率的光刻技术。 图形的分辨率直接决定于模板的 分辨率。主要工艺过程模板制作、硅衬底滴胶、压印、曝光、脱模、反映离子刻蚀。图形精度可以达到 5nm。 ITRS2005中，紫外纳米压印作为 32nm、 22nm甚至 16nm的潜在解决方案。 “ k q {7 r; A7 [ { r9、双重图形光刻（ Double Pattering Lithography ）将设计版图分成两块掩膜板以降低光刻图形间距要求的技术。在 ITRS2006修正版中， 将 双重图形光刻作为潜在的 45nm光刻解决方案之一。 将一套高密度的电路图分解成为两套独立的、 密度低一些的图形。 它的基本步骤是先印制一半的图形，显影， 刻蚀；然后重新旋涂一层光刻胶，再印制另一半的图形，最后利用硬掩膜或者是选择性刻蚀来完成整个光刻过程。 如果配合浸入式光刻技术， 可能将推至 22nm的 水平挑战两次曝光之间的套刻精度；掩膜板的制作；产能降低从第一个晶体管问世算起， 半导体技术的发展已有多半个世纪了， 现在它仍保持着强劲的发展态势， 继续遵循 Moore定律即芯片集成度 18个月翻一番， 每三年 器件尺寸缩小 0.7 倍的速度发展现在片径已达 300mm， DRAM半节距已达 150nm， MPU栅长达 100nm。大尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成 本的 IC 生产，对半导体设备带来前所未有的挑战。为此，世界上各半导体设备厂商，集中优势力量，加大研发投资，进行攻关，抢占制高点，同时又加强联合、兼 并，做到优势互补， 力争不失时机地为新一代技术提供大生产设备。 本文就当前最为关键的半导体设备做一介绍。一、硅片直径 300mm 要适合多代技术的需求 S h* g f K2 H9 H经济利益的驱动是硅片直径由 200mm向 300mm转移的主要因素， 300mm 的出片率是 200mm的 2.5 倍，单位生产成本降低 30左右。 300mm 工厂投资为 15 到30 亿美元，其中约 75用于设备投资，因此用户要求设备能向下延伸 3 至 4 代。300mm片径是从 180nm技术节点切入的，这就要求设 备在 150 nm、 130nm，甚至100nm仍可使用。 4 Q J o U- c300mm要适合多代技术的需求，它面临 IC 生产中的新工艺、新材料和新结构的挑战。 对逻辑 IC 来说， 它涉及铜布线、 低介电常数 （ k＜ 3） 和超低介电常数 （k＜ 2.6）介质，低电阻率接触材料，低电阻率栅材料，薄栅和高 k 介质，浅源/漏延伸区和抬高源 / 漏结构。对 DRAM来说，它涉及储存电容的新材料，如 五氧化二钽（ Ta2o5） 、钡锶钛（ BST）和铂锆钛（ PZT）等，新的电极材料如铂、氮化钛等，垂直叠层和高深 / 宽比沟槽电容，高深 / 宽比 （＞ 10 1）接触等。此外，还有大面积刻蚀中的 CD控制和选择性，反应室中的微粒控制和金属沾污， CMP的质量与成本， 193nm 曝光的精度、均匀性和 效率，高精度、高效率的检测等。为了推进 300mm的大生产，设备厂商在几年前就着手解决这方面问题，如Canon于 1995年着手 300mm曝光机，推出了 EX3L和 i5L 步进机，于 1997-1998年提供日本半导体超前边缘技术（ SELETE）集团使用， ASML 公司的 300mm步进扫描曝光机使用 193nm波长，型号为 FPA- 5000，也于 1999年提供给 SELETE使用。现在 Canon的第三代 300mm曝光机的混合匹配曝光能力已达到＜ 110nm。在刻蚀方面如英国 Trikon 公司采用的螺旋波等离子体（ MORI）源，在电磁场作用下控制等离子体和改善均匀性，它能在 300mm片内对氧化物介质均匀地刻 25nm通 孔，深 / 宽比达 30 1。目前 300mm片径生产 180nm、 150nm、 130nm 的 IC 设备都已进入生产线， 100nm 的也开始提供。300mm生产有约 500 道工序， 以年产 12.5 万片计算， 片子约有 500 万次交接，任何一次失效， 将对工厂流水生产带来极大影响。 300mm片盒放 25 片重 8 公斤，价格 15000 美元，为减轻劳动、安全、无磨损、无沾污的传送，现在普遍采用正面打开的统一标准箱（ FOUP） ， FOUP的传送采取计算机控 制下的悬挂式空中传送（ UMHS） ，它既节省了超净间面积，还可用于临时存放片子，具有可操作性和可变换性的特点。西门子公司和 Motorola 公司于 1998 年率先在德国德勒斯登建立 300mm引导线，使用 180nm技术生产存储器，月产 1500 片。根据美国“固态 杂志”今年 5月统计，已建成 300mm的厂有四家；于今年开始建厂的有四家； 2001 年后开始建厂的有九家； 另外已宣布建厂的有十一家。 国际半导体技术发 展路线 （ ITRS）曾设定 从 1998 年下半年开始， 片径将增加到 300mm； 到 2001 年或 2002 年 300mm片径的生产量将达到最大值。现在的发展 正逼近这个目标。300mm之后将是 450mm，目前已处于研究阶段， 2003 年前后进入开发阶段， 2009年进入生产阶段；片径 675mm的研究预计在 2006 年开始研究。 - n3 D e H“ M2 U C X二、光学曝光 当前曝光的主流技术 2 J0 3 Z Q ]* O- o W曝光是芯片制造中最关键的制造工艺，由于光学曝光技术的不断创新，它一再突破人们预期的光学曝 光极限，使之成为当前曝光的主流技术。 1997 年美国GCA公司推出了第一台分步重复投影曝光机，被视为曝光技术的一大里程碑，1991 年美国 SVG公司 又推出了步进扫描曝光机， 它集分步投影曝光机的高分辨率和扫描投影曝光机的大视场、高效率于一身，更适合＜ 0.25μm 线条的大生产曝光。 ; B. P E5 O e d5 e“ q q8 为了提高分辨率，光学曝 光机的波长不断缩小，从 436mm、 365mm的近紫外（ NUV）进入到 246 mm、 193mm的深紫外（ DUV） 。 246nm的 KrF 准分子激光，首先用于 0.25μm 的曝光，后来 Nikon 公司推出 NSR-S204B，用 KrF，使用变形照明（ MBI）可做到 0.15μm 的曝光。 ASML公司也推出 PAS.5500/750E，用 KrF，使用该公司的 AERILALⅡ照 明， 可解决 0.13μm 曝光。 但 1999 ITRS建议， 0.13μm曝光方案是用 193nm或 248nm＋分辨率提高技术（ RET） ； 0.10μm 曝光方案是用157nm、 193nm＋ RET、接近式 X 光曝光（ PXL）或离子束投影曝光（ IPL） 。所谓RET是指采用移相掩模（ PSM） 、光学邻近效应修正（ OPC）等措施，进一步提高分辨率。 值得指出的是 现代曝光技术不仅要求高的分辨率， 而且要有工艺宽容度和经济性，如在 RET中采用交替型移相掩模（ alt PSM）时，就要考虑到它的复杂、价格昂贵、制造困难、检查、修正不易等因素。人们出于对后光学技术可能难以胜任 2008 年的 70nm， 2011 年的 50nm担心，正大力研发下一代（ NGL）非光学曝光，并把 157nmF2准分子激光曝光作为填补后光学曝光和下一代非光学曝光间的间隙。 4 N/ s H* X r i ] E/ f8 A 三、 F2 准分子激光曝光 改善了折反射光学系统的性能波长为 157nm的 F2 准分 子激光器的特点是带宽很窄， Cymer 公司的产品，其带宽为 0.6～ 0.7 pm，窄带宽改善了折反射光学系统的性能。折反射光学系 统的关键是分束器立方体，它使用 CaF2材料，能有效地减少束程和系统的体积，大尺寸易碎的 CaF2一直是 157nm曝光的制约因素，现在 SVGL已展出 了 12～ 15英寸的 CaF2单晶锭，这为制造大数值孔径的折反射分束器设计扫清了道路。同时对单层抗蚀剂和在辐照下透明、持久、可靠的掩模保护膜进行了研 究，SEMATECH在加州召开的 157nm曝光研讨会上，宣布这方面已取得了重大进展，现在美国的 SVGL、 ltratech 和英国的 Exilech 公 司都在研制整机， SVGL 公司准备今年底出样机，明年底出生产型设备。首台售价约 1300 万美元。 9 Z“ k- _7 i H比利时的微电子研究中心（ IMEC）与 ASML公司合作建立了 157nm基地，这个基地于已经开始工作，在 2003 年生产，它要求各种相关工 艺配套，为 70nmCMOS流片创造条件。此外，日本 SELETE也在加紧工作。 SEMATECH则购买 Exitech 公司的曝光机开展针对掩模光胶、胶的处理工艺、匀胶显 影轨道系统、胶的刻蚀性能和相关测量技术等方面的研究。四、极紫外曝光 欧洲和日本诸公司正在研究 5 R1 _ X6 D w4 Z. j九、离子投影曝光 力争尽快推出商业化设备 r, \ A* U- Y S5 O* _离子投影曝光（ IPL）就是由气体（氢或氦）离子源发出的离子通过多极静电离子透镜投照于掩模并将图像缩小后聚焦于涂有抗蚀剂的片子上， 进行曝光和步进重 复操作。 IPL 具有分辨率高而焦深长，数值孔径小而视场大，衍射效应小，损伤小，产量高，而且对抗蚀剂厚度变化不敏感，工艺成本低等特点。德国 FhG ISiT 公司在 IPL 上用深紫外光胶，做出 50nm的间隔线条，证实了这项技术用于曝光的可行性。欧洲应用微电子开发项目（ MEDEA）从 1997 年开始，投资 3600 万美元开发 IPL，参加的单位有 ASML、 Leica、 IMS 公司等。 目标是对 300mm片子曝光， 分辨率＜ 100nm， 生 产率为 75 片 / 时。 IPL 是缩小曝光，需要 4 倍的硅膜镂孔掩模，它面临应力和入射离子造成的发热。小的掩模变形，导致大的曝光尺寸误差，为此采取了对膜进 行掺杂，对膜增加保护层，设计了冷却系统， 并通过有限元分析改进了掩模框架的设置， 避免气流对掩模造成振动。从加州召开的研讨会上看 IPL 已经克服了众多 技术难题，现在正在对离子光学柱、 图像锁定系统进行攻关， 力争尽快推出商业化设备。 参加 IPL 研制的 Ehrmann认为虽然 SEMATECH看好 EUV和 EPL，但这并不意味 IPL 失去最后成功的机会。